用于电梯的位置确定系统的制作方法

本发明涉及位置确定领域，特别是借助于评估竖井材料的表面结构确定电梯轿厢的绝对位置，本发明特别是涉及一种用于电梯的位置确定系统，该系统基于竖井材料的表面结构来确定位置。

背景技术：

专利公开文献ep1232988a1示出一种具有用于确定电梯轿厢位置的位置确定系统的电梯系统。这个位置确定系统包括摄像机，所述摄像机布置在电梯轿厢上并且用于生成竖井材料或这些竖井材料的表面结构的图像。不仅导轨和其他布置在竖井中的电梯部件视作竖井材料，而且限定竖井的竖井壁也视作竖井材料。所述竖井材料总体上构成表面结构，所述表面结构基本上沿着电梯轿厢的行驶路径延伸。这个表面结构连续改变，从而每张生成的表面结构的图像都是独特的，并且能够用作所述电梯轿厢的位置的指示符号。在学习行驶时，所述摄像机生成所述表面结构的基准图像。与所述摄像机连接的评估单元将这些基准图像与所述竖井中的位置相对应，并且将所述基准图像以及对应的位置值存储在存储介质上。现在，在正常运行时，可以根据所述摄像机连续生成的图像与已存储的基准图像的比较，由所述评估单元确定所述电梯轿厢的位置。

针对位置确定的稳健性，所述电梯轿厢上的振动证明是特别重要的。所述振动对所述摄像机与表面结构之间的恒定间距的维持产生负面作用。因为摄像机拍摄的物体在近间距时比在远间距时显得更大。这种与表面结构的间距的变化对所述评估单元在确定所述位置时提出非常高的要求，因为例如所述基准图像的大小不与连续生成的图像的尺寸一致，由此使所述基准图像的单义的对应变难。此外，在所述摄像机与表面结构之间的可变间距下，根据图像方式识别的图案不能推测这些图案的实际尺寸。专利公开文献ep1232988a1在这方面没有给出建议。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提高这种位置确定系统的稳健性。

根据本发明，这个目的通过一种用于电梯的位置确定系统实现，所述位置确定系统具有摄像机和评估单元。在这里，所述摄像机布置在电梯轿厢上。此外，所述摄像机包括传感器，所述传感器具有限定数量的光敏像素。利用这个传感器，所述摄像机生成沿所述电梯轿厢的行驶路径布置的竖井材料的表面结构的图像数据。所述评估单元根据所述图像数据确定所述电梯轿厢的位置和/或速度。所述解决方案的特征在于，所述位置确定系统设计成，识别位于所述摄像机的拍摄区域内的、具有预定尺寸的基准图案，其中所述评估单元根据所述基准图案校准所述传感器。

下面，使用表述“位置”时，还包含从位置值求得的电梯轿厢的速度。

传感器的校准在这里理解为，确定所述表面结构的通过传感器以图像方式获取的图案的尺寸。所述轿厢位置的确定主要依赖于精确确定由传感器检测到的图案的尺寸。所述校准在这里能够关于在摄像机拍摄区域内存在的、具有预定尺寸的基准图案非常简单地进行。

摄像机拍摄的图案在摄像机的图像中在距离表面结构较近的间距时比在距离表面结构较远的间距时显得更大。因此，根据以图像方式识别的图案不能容易地推测所述图案的真实尺寸。在这里，所述基准图案提供辅助，因为所述基准图案在相同质量时如同所述图案受到依赖于间距的图像的大小变化的约束。依赖于所述基准图案，所述图案能够关于所述基准图案的预定尺寸进行设定。于是，在借助于所述基准图案进行校准时，图案的尺寸能够与所述摄像机与表面结构之间的间距无关。所述校准在本发明的意义上尤其能够包括借助于所述基准图案对包含到图像数据中的图案按比例缩放。

术语摄像机在这里应宽泛地理解，并包括所有图像获取系统，其能够显示表面结构，并且除常用的摄像机外还包括例如红外摄像机、扫描仪、x射线仪、超声波成像系统等。

所述表面结构通过安装在竖井中的竖井材料的整体构成，并且关于竖井位置固定地布置。所述竖井材料在这里不仅包括电梯部件，例如导轨、竖井门，还包括限定所述竖井的竖井壁。所述竖井材料的表面结构具有超出所述竖井的高度继续延伸的另一特征，而这种特征又具有在纹理上的光泽、粗糙度、颜色、图案、形状和/或轮廓。具有它的固有特征的这个组成的表面在这里理解为表面结构。所述表面结构因而也超出竖井的高度构成连续变化的能够以图像形式评估的、不重复的编码。借助于在学习行程中拍摄的且与竖井中的位置对应的基准图像，通过继续拍摄的图像与在每个时间点的正好那些基准图像的图像比较，能够确定所述电梯轿厢的位置。

所述摄像机的拍摄区域在这里理解为所述表面结构上的在某时间点位于所述摄像机的可视范围内并且所述摄像机能够拍摄的区域。所述拍摄区域是摄像机在某个时间点能够采集的最大可能区域。

基准图案在这里优选理解为具有能够给定或者说预设的基本上不变尺寸的图案。所述基准图案于是给定比较值，所述比较值被引入用于所述传感器的校准。摄像机能够以图像形式识别的并且通过所述评估单元能够评估的原则上所有图案都适合作为基准图案，这涉及例如具有预定直径作为尺寸的圆、具有预定高或宽的多边形、具有预定间距的至少两个点、或者预定二维矩阵码，称之为几个简单的实例。

例如类型ccd(电荷耦合器件)或者cmos(互补金属氧化半导体)的、具有光敏像素矩阵的传感器适合作为摄像机的传感器。

优选地，用于校准所述传感器的评估单元形成图案的预定尺寸与像素数量的比例，其中所述像素以图像方式转换这个尺寸。在这里，所述传感器拍摄的物体的大小能够以简单的方式独立于所述摄像机与表面结构的间距地确定。

特别有利地，以图像方式转换尺寸的所述像素的评估具有超过像素分辨率的评估精度。这种评估根据术语子像素精度(subpixelgenauigkeit)得到概括。在这种评估中，确定例如基准图案中含有的图案的重心或者边缘，并作为参考值用于所述传感器的校准。在校准时，也可使用多个这种参考值。相应地，前面提及的像素数量不仅包括像素的整数值，还可能包括在评估中得到的像素的小数部分。

优选地，在利用从校准中获得的比例确定位置和/或速度时，所述生成的图像数据能够按比例缩放。在这里有利的是，在确定位置值和/或速度值时带有的误差(其会导致所述摄像机与表面结构的间距的变化)，能够利用所述校准或按比例缩放进行校正。在这里能够实现对所生成图像数据的连续修正。

优选地，所述摄像机具有能够调整的评估区域。在评估区域中生成的图像数据能够由所述评估单元进行评估。所述评估区域位于所述拍摄区域中，并且优选能够调整为小于所述拍摄区域，其中，所述基准图案位于所述评估区域内部。在一个替换实施方式中，所述评估区域也能够需要整个拍摄区域。

评估区域理解为拍摄区域的子区域，在子区域中，由所述评估单元在评估时考虑图像数据。为了校准的目的，这通过所述基准图案的评估还涉及为了确定电梯轿厢的位置而评估图像数据。有赖于规定了评估区域，所述评估单元的计算能力能够保持相对小，因为只必须考虑进行图像评估的减小数量的像素。此外，所述传感器的对图像的评估能够产生负面作用的边缘效应能够达到最小。

优选地，所述摄像机具有能够调整的位置确定区域，在这个位置确定区域中能够拍摄所述图像数据，据此，所述评估单元确定所述电梯轿厢的位置，尤其利用所拍摄的图像数据与被分配给竖井中的位置的基准图像比较，基准图像位于评估区域中且特别是调整得小于评估区域。

位置确定区域理解为所述评估区域的这样的子区域，即在其中，传感器生成的图像数据用于与存储的基准图像的图像数据比较。在评估区域中限定另一子区域，即位置确定区域，这样做的优点是适于这个领域而设置的功能结果的可分配性，例如下面根据实例进一步说明的。

优选地，所述位置确定系统包括光源，所述光源在所述表面结构上产生基准图案。在这里，所述基准图案位于所述摄像机的拍摄区域中。

优选地，所述基准图案包括至少两个光点，所述至少两个光点能够以预定的尺寸，尤其是一间距，相互在所述表面结构上产生。在这里，所述评估单元根据所述两个光点的间距进行传感器校准。

优选地，所述两个光点竖向移位，尤其竖向对准地产生在所述表面结构上。通过所述两个光点的竖向移位确保在竖向方向上校准所述传感器。所述传感器在竖向方向上的校准对于所述电梯轿厢在行驶方向上可靠确定位置是特别重要的。但可替换地，可考虑所述光点在所述表面结构上水平移位地产生，尤其当在竖向方向上的像素间距等于在水平方向上的像素间距，或者处于固定地预定的大小比例。

优选地，所述两个光点位于所述位置确定区域的外部。特别地，上部光点位于所述位置确定区域的上部，并且下部光点位于所述位置确定区域的下部。在这里有利的是，在评估区域的不同区域中进行所述光点的评估和所述表面结构的图像数据的评估。因此，所述校准和位置确定能够同时进行，但所述光点对所述位置确定不产生影响。

优选地，所述光源包括第一和第二激光二极管。所述第一激光二极管发射第一激光束，和第二激光二极管发射第二激光束。在这里，在所述表面结构上，所述第一激光束产生第一光点和所述第二激光束产生第二光点。

优选地，所述第一激光束和第二激光束相互平行地取向。有赖于所述两个激光束的平行取向，通过激光束产生的光点的间距在所述摄像机和所述表面结构之间的间距可变时也是恒定的。因此，所述传感器或像素大小的特别可靠的校准也能够在所述摄像机和表面结构之间的间距的振动更大时实现。

优选地，所述第一和第二激光二极管、所述传感器和/或所述摄像机的镜头都整合在所述传感器的印刷电路板上。在这里特别有利的是，通过所述传感器的整合结构能够获得所述摄像机的最可能成本低廉的和紧凑的结构。

替换在所述表面结构上产生基准图案的光源，优选地，所述基准图案能够利用被布置在所述表面结构上的参考物体生成。在这里，所述参考物体至少暂时位于所述摄像机的拍摄区域中。也能够在所述表面结构上沿着所述电梯轿厢的行驶路径设置多个参考物体，以便确保定期校准所述传感器。

优选地，所述参考物体接受下述设计方案，即螺钉头、导轨固定元件或者编码标记。在这里特别有利的是，使用一个或多个部件，例如螺钉头作为参考物体，无论如何，所述参考物体已被设定用于固定导轨。因此能够放弃附加的参考物体。

在另一方面，所述解决方案涉及一种具有上述位置确定系统的电梯。在这里，所述评估单元将所述电梯轿厢的位置数据传递到所述电梯控制装置上。最后，所述电梯控制装置使用所述位置数据控制驱动单元，以使所述电梯轿厢行驶。

附图说明

在下面的说明中，结合附图详细阐释本发明的优选实施例。在附图中示出：

图1以具有位置确定系统的极简单的示意图和所述位置确定的功能图示出一种电梯设备的示意性设计方案；

图2以极其简单的示意图示出位置确定系统的剖视图，其中具有利用两个光点进行校准的功能图；

图3以极其简单的示意图示出摄像机的传感器的示意性设计方案，并且图示说明利用两个光点进行校准；

图4以极其简单的示意图示出位置确定系统的剖视图，其中具有利用物体进行校准的功能图；和

图5以极其简单的示意图示出摄像机的传感器的示意性设计方案，并且图示说明利用参考物体进行校准。

具体实施方式

图1示出具有电梯轿厢4的电梯10，电梯轿厢4能够在竖井1中沿着导轨(未示出)或运动路径f运动。电梯轿厢4以悬挂比例1∶1悬挂在承载机构16的第一端。当然，本领域技术人员也能够选择不同的悬挂比例2∶1或更高。为了平衡电梯轿厢4的重力而设置对重17，对重17悬挂在承载机构16的第二端上。

此外，设置驱动单元，所述驱动单元至少包括驱动机器14和由驱动机器14驱动的主动轮15。承载机构16通过主动轮15运动并且与主动轮15有效连接，从而驱动机器14的驱动力矩能够通过主动轮15传递到承载机构16上。此外，承载机构10通过转向轮18运动。

此外，电梯10包括摄像机2，摄像机2被布置在电梯轿厢4上。摄像机2是位置确定系统12的一部分并且生成竖井材料的表面结构5的图像。在图1中，所述表面结构呈波状示出。

在学习行程中，摄像机2拍摄表面结构5的基准图像6，基准图像6保存在未示出的存储介质中。在图1中，出于清楚的目的，设置基准图像6之间某个间距。但在拍摄基准图像6时图像重复频率也能够调整得高到使得邻近的基准图像6直接连上或者具有重叠区域。在这里也能够拍摄连续的基准图像，并且保存在所述保存介质中。当电梯10在正常运行期间行驶时，摄像机2连续生成表面结构5的图像。这些图像在评估单元3中评估。这个评估包括比较此前存储的与竖井1中位置对应的基准图像6与在电梯轿厢行驶时连续生成的图像。在这里，评估单元3确定电梯轿厢4的位置。评估单元3向电梯控制装置13提供这个位置，其中电梯控制装置13使用所述位置数据控制所述控制单元，以使电梯轿厢4在行驶方向f上行驶。

在图1中，摄像机2的拍摄区域21示例性地对准限定竖井1的竖井壁。拍摄区域21是摄像机能够采集的最大可能区域。相应地，摄像机2生成所述竖井壁的表面结构5的图像数据，其至少部分地由评估单元3评估。为了使边缘效应达到最小且使评估单元3的计算效率保持在一定范围内，摄像机2具有预定的评估区域22。在评估区域22中包含的图像数据在评估单元3中受到评估。在所示实施例中，摄像机2还具有位置确定区域23。在表面结构5的位于位置确定区域23中的图像中，检索与已存储的基准图像6中的一个的一致性。

在图1中根据基准图像6.1示意性地示出，例如摄像机2提供的图像数据在评估单元3中如何进行图像评估。摄像机2连续拍摄表面5的图像，其中这里如图1中右下所示，只有位于位置确定区域23中的图像数据被供给评估单元3进行评估。在另一步骤中，在位置确定区域23的图像数据中按照与基准图像6.1是否一致进行检索，并且在一致时推测电梯轿厢4的位置。

图2以极其简单的示意图示出摄像机2的实施例，摄像机2利用激光二极管7、8校准传感器9或者传感器9的像素大小。

摄像机2包括镜头2.1、光敏传感器9和两个激光二极管7、8。在所示实施例中，摄像机2的之前提到的部件整合到传感器9的电路板9.1上。当然，本发明不限于摄像机2的这个实施方式，而是包括摄像机的所有实施方式，其中所述摄像机能够以需要的分辨率并且需要的速度生成表面结构5的图像数据，并设计成能够根据本发明进行校准。

在所示实例中，摄像机2的拍摄区域21对准竖井1的表面结构5。两个激光二极管7、8各生成一个激光束7.1、8.1，激光束在摄像机2的评估22中各生成一个作为基准图案的光点7.2、8.2。然而，两个光点7.2、8.2位于位置确定区域23的外部。最后，在这里如已经根据图1描述的实例中，设置了位置确定区域23。第一光点7.2位于位置确定区域23的上部且第二光点8.2位于位置确定区域23的下部。由此得知，评估区域22的内部理想地得到两个区域，其中第一区域生成用于实施校准的图像数据，而第二区域对应位置确定区域23，生成确定位置的图像数据。这两个功能能够由于清楚的分开而连续且彼此独立地实施。

由发光二极管7、8生成的两个激光束7.1、8.2相互平行地取向，并且基本上垂直于表面结构5地发射光。有赖于这个措施，两个光点7.2、8.2以恒定的间距映射在表面结构5上。这在摄像机2与表面结构5之间的间距变化时也能够校准传感器9的像素。

在图3示出进一步深入阐述如根据图2的实施例的校准。图3以极其简单的示图示出传感器9的俯视图，不考虑大小比例并且不管以前设定的部分区域。注意力集中在所述校准的基本原理。传感器9具有光敏像素9xy的在x和y两个方向上延伸的矩阵。此外，在图3可以看到光点7xy和8xy在传感器9上的两个图像。两个光点7xy、8xy以预定的、评估单元3(在图3中未示出)已知的间距d间隔开。为了校准像素9xy的大小，所述评估单元使间距与像素9xy数量形成比例，该数量是位于两个光点7xy、8xy之间的像素9xy的数量，在这里示意性地为9。因此在本实例中所述间距d和以图像方式转换间距d的像素9xy的数量之间的比例v，即

v＝d/9x，

得到所述校准。

在开头提及的子像素精度在这个实施例中能够如下达到：对于每个光点7xy、8xy形成重心。间距d被转换成所述重心之间的像素9xy的数量的比例，以确定作为所述校准的基础的比例。

在图4中示出另一实施例，其中利用至少一个物体11，在这里螺钉头11，生成基准图案。根据这些螺钉头或螺钉头的预定尺寸，对传感器9或者传感器9的像素大小进行校准。当然，也能够使用与此不同的其它类型的物体。

摄像机2在这里包括物体2.1和光敏传感器9，二者都整合到电路板9.1中。

在这个示实例中，摄像机2的拍摄区域21也对准竖井1的表面结构5。在表面结构5上看到两个螺钉头11，例如导轨的固定系统的部分。螺钉头11在一方面表示具有预定尺寸的用来校准传感器9的物体，另一方面，两个螺钉头11的也是所述表面结构的一部分，并且表示结构本身，在位置确定的框架下能够由评估单元评估。

于是能够节省评估区域22被分隔成更多子区域，如以前在位置确定区域中的那样。然后，位于评估区域22中的螺钉头11生成图像数据，并且所述图像数据被供给评估单元3中，同时确定位置和进行校准。

在图5进一步深入示出如根据图4的实施例的校准。图5以极其简单的示图示出传感器9的俯视图，不考虑大小比例并且不管以前设定的部分区域。注意力集中在所述校准的基本原理。传感器9具有光敏像素9xy的在x和y两个方向上延伸的矩阵。此外，在图5中可以在传感器9上看到螺钉头11xy的图像。螺钉头11xy在传感器9上显示为二维物体。相应地，螺钉头11xy不仅在x方向上而且在y方向上分别具有预定尺寸，即直径dx和直径dy。每个这些预定直径dx和dy被评估单元3(未示出)识别，并且用于校准。在所示实例中，所示评估单元使在相应方向x和y上的间距dx或dy与像素数量9xy形成比例。在这里，两个直径dx、dy分别延伸超过3或3.5像素9xy。因此在本实例中，所述校准得到两个直径dx、dy与以图像方式转换两个直径dx、dy的像素9xy的数量之间的比例vx、vy，即

vx＝d/3x和

vy＝d/3.5y。

在开头提及的子像素精度能够在这个实施例中由此实现，使得识别所述螺钉头11xy的两个对置的边缘并且确定它们的间距。直径dx然后与布置在两个边缘之间的像素9xy的数量形成比例，以确定作为所述校准的基础的比例vx，vy。

在按比例缩放时获得的值对于能够预定的尺寸d与以图像方式转换这个尺寸d的像素9xy的数量之间的比例v，优选在确定所述位置时指定。因此，所述传感器(9)或传感器(9)拍摄的、与基准图像6比较的图像，能够被校准或按比例缩放。这使在图像数据中存在的表面结构5的图像对应于基准图像6明显更容易，基准图像6的关于竖井1的位置是已知的或者被限定，并因此导致稳健且可靠地确定电梯轿厢4的位置。